墨翟（公元前468～376年）《墨經(jīng)》——光影；光的直線傳播；光的反射；平面鏡及球面鏡成像等。歐幾里德（公元前330～275）《反射光學(xué)》“人為什么能看見物體”；光的直線傳播；平面鏡成像；光的反射等。沈括（北宋時(shí)期）《夢溪筆談》人類對光的研究，最初主要是試圖回答“人怎么能看見周圍的物體？”之類問題。自《墨經(jīng))開始，公元11世紀(jì)阿拉伯人伊本·海賽姆發(fā)明透鏡；公元1590年到17世紀(jì)初，詹森和李普希同時(shí)獨(dú)立地發(fā)明顯微鏡；一直到17世紀(jì)上半葉，才由斯涅耳和笛卡兒將光的反射和折射的觀察結(jié)果，歸結(jié)為今天大家所慣用的反射定律和折射定律。墨翟（公元前468～376年）《墨經(jīng)》——?dú)W幾里德（公元前31、牛頓提出光的粒子性2、惠更斯、胡克提出光的波動性3、托馬斯楊發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象4、菲涅耳提出了完整的光的干涉衍射理論（建立起光的波動學(xué)說）5、麥克斯韋提出電磁波理論并預(yù)言光是電磁波6、赫茲從實(shí)驗(yàn)上證明了光是電磁波（建立起光的經(jīng)典模型：光是一種電磁波，且是橫波）7、20世紀(jì)初期：量子理論認(rèn)為光既是粒子也是波動（光的波粒二象性）光學(xué)的發(fā)展歷史1、牛頓提出2、惠更斯、3、托馬斯楊4、菲涅耳提（建立起光的在20世紀(jì)初，一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運(yùn)動物體的光學(xué)現(xiàn)象確證了光是電磁波；而另一方面又從熱輻射、光電效應(yīng)、光壓以及光的化學(xué)作用等無可懷疑地證明了光的量子性——微粒性。1922年發(fā)現(xiàn)的康普頓效應(yīng)，1928年發(fā)現(xiàn)的塞曼效應(yīng)，以及當(dāng)時(shí)已能從實(shí)驗(yàn)上獲得的原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，它們都表明光學(xué)的發(fā)展是與量子物理緊密相關(guān)的。光學(xué)的發(fā)展歷史表明，現(xiàn)代物理學(xué)中的兩個(gè)最重要的基礎(chǔ)理論——量子力學(xué)和狹義相對論都是在關(guān)于光的研究中誕生和發(fā)展的。此后，光學(xué)開始進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，以致于成為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿的重要組成部分。光學(xué)的發(fā)展歷史在20世紀(jì)初，一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運(yùn)動物體的光學(xué)

什么是光學(xué)?什么是光學(xué)?5

什么是光學(xué)？狹義來說，光學(xué)是關(guān)于光和視見的科學(xué)。optics(光學(xué))這個(gè)詞，早期只用于跟眼睛和視見相聯(lián)系的事物。而今天，常說的光學(xué)是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內(nèi)的，關(guān)于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示，以及跟物質(zhì)相互作用的科學(xué)。光學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，也是與其他應(yīng)用技術(shù)緊密相關(guān)的學(xué)科。5什么是光學(xué)？狹義來說，光學(xué)是關(guān)于光和視見的科學(xué)。opti經(jīng)典光學(xué)的研究內(nèi)容通常把光學(xué)分成幾何光學(xué)、物理光學(xué)（波動光學(xué)）和量子光學(xué)三個(gè)大類。幾何光學(xué)是從幾個(gè)由實(shí)驗(yàn)得來的基本原理出發(fā)，來研究光的傳播問題的學(xué)科。它利用光線的概念、折射、反射定律來描述光在各種媒質(zhì)中傳播的途徑，它得出的結(jié)果通?？偸遣▌庸鈱W(xué)在某些條件下的近似或極限。物理光學(xué)（波動光學(xué)）是從光的波動性出發(fā)來研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學(xué)科，所以也稱為波動光學(xué)。它可以比較方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向異性的媒質(zhì)中傳播時(shí)所表現(xiàn)出的現(xiàn)象。量子光學(xué)是從光子的性質(zhì)出發(fā)，來研究光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科即為量子光學(xué)。它的基礎(chǔ)主要是量子力學(xué)和量子電動力學(xué)。經(jīng)典光學(xué)的研究內(nèi)容通常把光學(xué)分成幾何光學(xué)、物理光學(xué)（波動光上篇：幾何光學(xué)與成像理論上篇：幾何光學(xué)與成像理論

幾何光學(xué)傳播規(guī)律1、幾何光學(xué)三定律

光的直線傳播定律：光在均勻介質(zhì)里沿直線傳播注意：在非均勻介質(zhì)中，光線會因折射發(fā)生彎曲。這種現(xiàn)象在大氣中經(jīng)常發(fā)生，如在海邊或沙漠地區(qū)有時(shí)出現(xiàn)的海市蜃樓幻景，就是因?yàn)楣饩€通過當(dāng)?shù)孛芏炔痪鶆虻拇髿猱a(chǎn)生折射而形成的。

反射定律：①反射線在入射線和法線決定的平面內(nèi)；②反射線、入射線分居法線兩側(cè)；③反射角等于入射角，(光在介質(zhì)中的傳播規(guī)律)幾何光學(xué)傳播規(guī)律1、幾何光學(xué)三定律光的直線傳播定律：折射定律：①折射線在入射線和法線決定的平面內(nèi)；②折射線、入射線分居法線兩側(cè)；③折射角與入射角正弦之比與入射角無關(guān)，是一個(gè)與媒質(zhì)及光的波長有關(guān)的常數(shù)：斯涅耳折射定律（W.Snell，1621）（絕對）折射率：光在真空中的速度與光在該材料中的速度的比值注意：在折射中，頻率不變，波速和波長都會發(fā)生改變。同一透明介質(zhì)對于不同波長的單色光具有不同的折射率。因此，白光經(jīng)過棱鏡后將被分解為各種不同顏色的光，在棱鏡后將會看到各種顏色，這種現(xiàn)象稱為色散。折射定律：①折射線在入射線和法線決定的平面內(nèi)；斯涅耳折射幾何光學(xué)(費(fèi)馬原理)傳播規(guī)律精編版課件關(guān)于折射定律及折射率的補(bǔ)充說明：折射率較大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)，折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)。

當(dāng)光從空氣射入水（光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)），折射角小于入射角；而當(dāng)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，折射角大于入射角。

光線從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角逐漸增大到某一角度時(shí)，折射角等于90度，此時(shí)入射光全部被反射（全反射），對應(yīng)的入射角稱為臨界角。？？發(fā)生全反射的兩個(gè)條件波速小的介質(zhì)稱為波密介質(zhì)，波速較大的介質(zhì)稱為波疏介質(zhì)關(guān)于折射定律及折射率的補(bǔ)充說明：折射率較大的介質(zhì)稱為光密介全反射的應(yīng)用突變型多模光纖的光線傳播原理數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)：臨界角θc的正弦NA表示光纖接收和傳輸光的能力。NA(或θc)越大，光纖接收光的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。所以要根據(jù)實(shí)際使用場合，選擇適當(dāng)?shù)腘A。全反射的應(yīng)用突變型多模光纖的光線傳播原理數(shù)值孔徑(Numer2、光的獨(dú)立傳播定律和光的可逆性原理光的獨(dú)立傳播定律：自不同方向或不同物體發(fā)出的光線相交時(shí)，對每一光線的傳播不發(fā)生影響，即各自保持自己原有的特性，沿原方向繼續(xù)傳播，互不影響。光的可逆性原理：當(dāng)光線的方向反轉(zhuǎn)時(shí)，它將逆著同一路徑傳播，稱為光的可逆性原理。2、光的獨(dú)立傳播定律和光的可逆性原理光的獨(dú)立傳播定律：自不同3、費(fèi)馬原理（Fermat’sPrinciple

）光從A點(diǎn)經(jīng)過幾種不同的均勻介質(zhì)到達(dá)B點(diǎn)，所需時(shí)間為：因?yàn)榻橘|(zhì)的折射率所以上式可寫為3、費(fèi)馬原理（Fermat’sPrinciple）光光在介質(zhì)中的光程L為介質(zhì)的折射率與光在介質(zhì)中所走的幾何路程之積.光程定義:

若由A到B充滿著折射率連續(xù)變化的介質(zhì)，則光由A到B的總光程為所用時(shí)間為光在介質(zhì)中走過的光程，等于以相同的時(shí)間在真空中走過的距離.BA

光程光在介質(zhì)中的光程L為介質(zhì)的折射率與光在介質(zhì)中所走的幾何路1658年法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家費(fèi)馬（P.Fermat1601-1665)概括了光線傳播的三定律，發(fā)表了“光學(xué)極短時(shí)間原理”。

經(jīng)后人修正，稱為費(fèi)馬原理。

費(fèi)馬原理1658年法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家費(fèi)馬（P.F

如果你在湖邊看到一個(gè)小孩溺水，你當(dāng)然希望用最快的速度去營救他，那么你應(yīng)該怎么做才能最快呢？如果你在湖邊看到一個(gè)小孩溺水，你當(dāng)然希望用最快的速度

光在指定的兩點(diǎn)間傳播的實(shí)際路徑，光線總是沿著光程為極值的路徑傳播。

也就是說，光沿著光程為最小值、最大值或恒定值的路徑傳播。費(fèi)馬原理表述為：也可以說，光沿著所需時(shí)間為極值的路徑傳播。光在指定的兩點(diǎn)間傳播的實(shí)際路徑，光線總是沿著光程為極費(fèi)馬原理是幾何光學(xué)的基本原理。

用數(shù)學(xué)的語言來描述，就是光線所經(jīng)過的光程的變分等于零。即

由費(fèi)馬原理可直接推出光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播。也可以證明，光通過兩種不同介質(zhì)界面時(shí)，所遵從的反射定律和折射定律也是費(fèi)馬原理的必然結(jié)果。費(fèi)馬原理是幾何光學(xué)的基本原理。用數(shù)學(xué)的語言來描述，就光程為極值的例子:BCDAEB'

由A點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)界面D點(diǎn)反射后通過B點(diǎn),符合反射定律,其光程較其他任一光線ACB'的光程都小.

由A到B,符合折射定律的光線ADB的光程,比任何其他由A至B的路徑的光程都小.(1)光程為極小值A(chǔ)BCDEB光程為極值的例子:BCDAEB'由A點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)界由費(fèi)馬原理導(dǎo)出光的反射定律ABCB’M由費(fèi)馬原理導(dǎo)出光的折射定律？？由費(fèi)馬原理導(dǎo)出光的反射定律ABCB’M由費(fèi)馬原理導(dǎo)出光的折射(2)

等光程的例子回轉(zhuǎn)橢球凹面鏡,自其一個(gè)焦點(diǎn)發(fā)出，經(jīng)鏡面反射后到達(dá)另一焦點(diǎn)的光線等光程。AB透鏡物像的等光程性馬呂斯定律垂直于波面的光線經(jīng)過任意多次折射和反射后，出射波面仍和出射光束垂直；且入射波面和出射波面上對應(yīng)點(diǎn)之間的光程為定值。(2)等光程的例子回轉(zhuǎn)橢球凹面鏡,自其一個(gè)焦點(diǎn)發(fā)出，經(jīng)鏡薄透鏡成像